DE824635C - Process for the preparation of N-carbon anhydrides - Google Patents
Process for the preparation of N-carbon anhydridesInfo
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- DE824635C DE824635C DEP56306A DEP0056306A DE824635C DE 824635 C DE824635 C DE 824635C DE P56306 A DEP56306 A DE P56306A DE P0056306 A DEP0056306 A DE P0056306A DE 824635 C DE824635 C DE 824635C
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- C07D263/44—Two oxygen atoms
Description
Verfahren zur Herstellung von N-Carboanhydriden Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von N-Carboanhydriden von a-Aminosäuren und ist eine Verbesserung des Verfahrens nach Patent 813 83o.Process for the preparation of N-carbonic anhydrides The invention relates to focuses on the production of N-carbonic anhydrides from a-amino acids and is an improvement of the method according to patent 813 83o.
Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Carboanhydriden von a-Aminosäuren, bei dem eine Aminowasserstoff enthaltende a-Aminosäure, deren a-Kohlenstoff aliphatischer Natur, d. h. aliphatisch oder cycloaliphatisch ist, oder ihr Alkalimetall- oder Erdalkalimetall- oder anorganisches saures Salz mit Phosgen unter wasserfreien Bedingungen behandelt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von N-Carboanhydriden von a-Aminosäuren im wesentlichen in einer Reaktionsstufe, und zwar aus billigeren, leichter zugänglichen Stoffen als irgendein bis dahin dem Fachmann bekanntes Verfahren, aber es hat den Nachteil, daß man geringe Ausbeuten erhält.The main patent relates to a process for the preparation of N-carbonic anhydrides of α-amino acids, in which an α-amino acid containing amino hydrogen, the α-carbon of which is aliphatic in nature, i. H. is aliphatic or cycloaliphatic, or its alkali metal or alkaline earth metal or inorganic acid salt is treated with phosgene under anhydrous conditions. This process enables the production of N-carbonic anhydrides of α-amino acids in essentially one reaction step, and indeed from cheaper, more readily available materials than any process previously known to the person skilled in the art, but it has the disadvantage that low yields are obtained.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in der Weise ausgeführt, daß man Phosgen mit einer Aminosäure, die Wasserstoff an dem Aminostickstoff hat, oder mit ihren Alkalimetall-, Erdalkalimetall-oder anorganischen sauren Salzen reagieren läßt, und zwar findet die Reaktion in einem Äther statt, der unter den Reaktionsbedingungen eine Flüssigkeit ist, die gegenüber beiden Stoffen, den Reaktionsstoffen und den Endprodukten, chemisch inert ist. Um die Äthermedien leichter aus den als Endprodukt entstehenden N-Carboanhydriden vollständig zu entfernen, bevorzugt man die Verwendung von Äthern mit einem normalen Siedepunkt unterhalb i5o', da die N-Carboanhydride im allgemeinen bei Temperaturen über 150' hitzeunbeständig sind. Dadurch, daß die N-Carboanhydride mit Hilfe eines einstufigen Reaktionsganges in größeren Ausbeuten bei guten Umsetzungen und gleichzeitig in einem Zustand von hoher chemischer Reinheit aus leichter zugänglichen, billigeren Chemikalien gewonnen werden, stellt das Verfahren einen bedeutenden technischen Fortschritt dar, und es ermöglicht in größerem Maße die wirtschaftliche Verwertung dieser N-Carboanhydride zur Herstellung neuer Filme und Fasern.The process of the present invention is carried out in such a way that phosgene is allowed to react with an amino acid which has hydrogen on the amino nitrogen, or with its alkali metal, alkaline earth metal or inorganic acidic salts, namely the reaction takes place in an ether, which is a liquid under the reaction conditions that is chemically inert to both substances, the reactants and the end products. In order to remove the ether media more easily from the N-carbonic anhydrides formed as the end product, the use of ethers with a normal boiling point below 150 'is preferred, since the N-carbonic anhydrides are generally not heat-resistant at temperatures above 150'. The fact that the N-carbonic anhydrides are obtained with the help of a one-step reaction in higher yields with good conversions and at the same time in a state of high chemical purity from more easily accessible, cheaper chemicals, the process represents a significant technical advance, and it enables greater Measure the economic utilization of these N-carbon anhydrides for the production of new films and fibers.
Die folgenden Beispiele, in denen sich die Angaben auf Gewichtsteile beziehen, dienen einer weiteren Veranscbaulichung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Beispiel I Man stellte in einem Reaktionsgefäß eine Suspension von i Teil dl-Norleucin, d. h. dl-2-Aminohexansäure, in 2o Teilen gereinigtem wasserfreieyl Tetrahydrofuran her. Das Gefäß stand mit der Atmosphäre durch Trockenröhren in Verbindung und war mit einem Rückflußkühler, einem Rührwerk und einem Einlaßrohr versehen, das mit einem Behälter mit gasförmigem Phosgen verbunden und so angebracht war, daß sein unteres Ende direkt über der Oberfläche der Flüssigkeit lag. Man erhitzte die Suspension unter Rühren auf 5o bis 55' und schickte einen gemessenen Strom von gasförmigem Phosgen in das Reaktionsgefäß hinein, bis 1,5 Teile (2oo0/, der theoretischen, in der folgenden Gleichung geforderten Phosgenmenge) hinzugegeben waren: Die so gewonnene klare Lösung wurde bei 5o bis 550 unter 30 mm Quecksilberdruck durch einen Destillationsapparat geschickt, und man entfernte auf diese Weise den größeren Teil des Tetrabydrofurans. Zu der so erhaltenen konzentrierten Tetrahydrofuranlösung fügte man unter Rühren Petroläther hinzu, bis keine weitere Fällung stattfand. Der Niederschlag wurde durch Druckfiltration mit Stickstoff unter wasserfreien Bedingungen entfernt. Auf diese Weise erhielt man 1,2 Teile (980/, derTheorie, sowohl in bezug auf Umwandlung als auch auf Ausbeute) weißer Kristalle von dem N-Carboanhydrid des dl-Norleucins mit eirlem Schmelzpunkt von 78,o bis 78,5'. The following examples, in which the data relate to parts by weight, serve to further illustrate the process according to the invention. Example I A suspension of 1 part of dl-norleucine, ie. H. dl-2-aminohexanoic acid, in 2o parts purified anhydrous yl tetrahydrofuran. The vessel was in communication with the atmosphere through drying tubes and was provided with a reflux condenser, stirrer and inlet tube connected to a container of gaseous phosgene and mounted so that its lower end was directly above the surface of the liquid. The suspension was heated to 50 to 55 ' with stirring and a measured flow of gaseous phosgene was sent into the reaction vessel until 1.5 parts (2oo0 /, the theoretical amount of phosgene required in the following equation) had been added: The clear solution thus obtained was passed through a distillation apparatus at 50 to 550 under 30 mm mercury pressure, and in this way the greater part of the tetrabydrofuran was removed. Petroleum ether was added to the concentrated tetrahydrofuran solution thus obtained, with stirring, until no further precipitation took place. The precipitate was removed by pressure filtration with nitrogen under anhydrous conditions. In this way, 1.2 parts (980 % of theory, both in terms of conversion and yield) of white crystals of the N-carbonic anhydride of dl-norleucine with a melting point of 78.0 to 78.5 'were obtained.
Um die Überlegenheit der ätherartigen Lösungsmittel zu beweisen, wurde das vorstehende Beispiel unter Verwendung von 2o Teilen reinem wasserfreien Benzol an Stelle des Tetrahydrofurans wiederholt. Nach Behandlung des dl-Norleucin-Benzol-Gemisclies mit Phosgen unter den gleichen in dem obigen Beispiel beschriebenen Bedingungen, löste sich nur ein kleiner Teil der entstehenden Aminosäure in dem Benzol. Man filtrierte das Reaktionsgemisch unter Anwendung von Stickstoffdruck unter wasserfreien Bedingungen durch ein poröses Glasfilter. Der so erlialtene weiße unlösliche Rückstand (d1-Norleticiiiliy(Irochlorid) stellte gi0/, der ursprünglichen Aminosäure dar. Nach Entfernung des Benzols aus dem klaren Filtrat durch Destillation unter vermindertem Druck erhielt man 0,12 Teile (gl>I Umwandlung) des N-Carboanhydrids des dl-Norleucins. So ergibt also die Verwendurig von Tetrahydrofuran (einem ätlierartigen Lösungsmittel) an Stelle von Benzol (einem Kolilenwasserstofflösungsmittel) unter den gleicben Reaktionsbedingungen eine annähernd elffaclie Vergrößerung der Umwandlung in das gewünsclite (II-Norl(,ucin-N-carboanhydrid.In order to prove the superiority of the ethereal solvents, was the above example using 20 parts of pure anhydrous benzene repeated in place of tetrahydrofuran. After treatment of the dl-norleucine-benzene-Gemisclies with phosgene under the same conditions described in the example above, only a small part of the resulting amino acid dissolved in the benzene. It was filtered the reaction mixture using nitrogen pressure under anhydrous conditions through a porous glass filter. The resulting white insoluble residue (d1-Norleticiiiliy (Irochlorid) represented gi0 /, the original amino acid. After removal of the benzene from 0.12 was obtained from the clear filtrate by distillation under reduced pressure Parts (gl> I conversion) of the N-carbonic anhydride of dl-norleucine. So that's the result Use of tetrahydrofuran (an ealer-like solvent) in place of Benzene (a colloidal hydrogen solvent) under the same reaction conditions an approximately eleven increase in the conversion into the desired clite (II-Norl (, ucine-N-carbonic anhydride.
Beispiel II In einem Apparat, ähnlich dein in BeispielI beschriebenen, stellte man eine Suspension ans iTeil dl-fl-Phenylalanin in 2o Teilen des Diiiieth#-lätliers des Äthylenglykols her und erhitzte die Silspension unter Rühren auf 5o bis 55--. Darauf wurde gasförmiges Phosgen in das Reaktionsgefäß eingeleitet, bis 0,594 Teile (die theoretische Men , ge des, erforderlichen Phosgens) hinzugefügt waren. Die so erlialtene klare, farblose Lösung erhitzte man so(lann 15 Minuten auf 75'. Nach dieser Zeit hörte die Entwicklung von Chlorwasserstoff auf. Man schickte darauf die Lösung bei 6o' unter 20 MM Quecksilberdruck durch einen Destillationsapparat und entfernte auf diese Weise den größeren Teil des Reaktionsmediums. Darauf wurde zu dem erhaltenen Konzentrat unter Rühren Petroläther hinzugegeben, bis keine weitere Fällung stattfand. Man entfernte dann den Niederschlag durch Druckfiltration mit Stickstoff unter wasserfreien Bedingungen. Man erhielt auf diese Weise i,og Teile (96"/, der Theorie, in bezug auf Umwandlung als auch auf Ausbeute) des N-Carboanhydrids von dl-fl-Pheiiylalaiiiii in Form von weißen Kristallen mit einem Schmelzpunkt von 133,o bis 134,50.EXAMPLE II In an apparatus similar to that described in Example I, a suspension of i-part dl-fl-phenylalanine in 20 parts of the diethyl ether of ethylene glycol was prepared and the suspension was heated to 50 to 55% with stirring. It, gaseous phosgene was introduced into the reaction vessel to 0.594 parts (theoretical Men, the ge, phosgene required) were added. The clear, colorless solution thus obtained was heated in this way (for 15 minutes to 75 '. After this time the evolution of hydrogen chloride ceased. The solution was then sent through a distillation apparatus at 60' under 20 MM mercury pressure, and in this way the larger one was removed Part of the reaction medium. Petroleum ether was then added to the concentrate obtained, with stirring, until no further precipitation took place. The precipitate was then removed by pressure filtration with nitrogen under anhydrous conditions. In this way, i, og parts (96 "/, of theory , with regard to conversion and yield) of the N-carbonic anhydride of dl-fl-Pheiiylalaiiiii in the form of white crystals with a melting point of 133.0 to 134.50.
Beispiel III In einem Reaktionsgefäß, ännlich dem in Beispiel 1 beschriebenen, wurde eine Suspension von 29,4 Teilen a-Aminoisobuttersäurehydrochlorid in 5oo Teilen gereinigtem wasserfreien Dioxan bei go bis 95-- schnell gerührt, und es wurde gasförmilges Phosgen in das Reaktionsgemisch eingeleitet, bis 30,7 Teile (i io0,7, der theoretischen 'Menge des erforderlichen Phosgens) hinzugefügt waren. Das heiße Reaktionsgemisch wurde dann mit Stickstoff unter wasserfreien Bedingungen durch ein geeignetes Filter gedrückt. Es blieben dabei 11,9 Teile (gleich 40,50/,) de-, Ausgangsstoffes a-Aminoisobuttersäurehydroclilorid unverändert, Aus dem klaren Filtrat wurden durch Hindurclischicken durch einen Destillationsapparat bei 6o-' unter 20 mm Quecksilberdruck annähernd go0,#" des Dioxans entfernt. Darauf wurde zu dem so ge,#%#onnenen klaren Konzentrat unter Rühren Petroläther hinzugegeben, bis keine weitere Fällung stattfand. Man entfernte den Niederschlag durch Druckfiltration mit Stickstoff unter wasserfreien Bedingungen. Man erhielt auf diese Weise 14,9 Teile (54,3(,', Umwandlung und gio,', Ausbeute) des N-Carboanliydrids von a-Ai-i-iinoisobuttersäure in Form von weißen Kristallen mit einem S 1 clinielzpunkt von 9_9'.EXAMPLE III In a reaction vessel similar to that described in Example 1 , a suspension of 29.4 parts of α-aminoisobutyric acid hydrochloride in 500 parts of purified anhydrous dioxane was rapidly stirred at from 0 to 95% , and gaseous phosgene was passed into the reaction mixture until 30.7 parts (io0.7, the theoretical amount of phosgene required) had been added. The hot reaction mixture was then forced through a suitable filter with nitrogen under anhydrous conditions. 11.9 parts (equal to 40.50 /,) de-, starting material α-aminoisobutyric acid hydrochloride remained unchanged. Approximately go0, # "of the dioxane was removed from the clear filtrate by sending it through a distillation apparatus at 6o 'under 20 mm mercury pressure Petroleum ether was then added to the clear concentrate in this way, with stirring, until no further precipitation took place. The precipitate was removed by pressure filtration with nitrogen under anhydrous conditions. In this way, 14.9 parts (54.3 (, ', Conversion and gio,', yield) of the N-carbonyl hydride of α-Ai-i-iinoisobutyric acid in the form of white crystals with an S 1 clinielzpunkt of 9_9 '.
Beispiel IV In einem Apparat, ihnlich dem in BeispielI beschriehenen, wurde eine Suspension von ioTeilen 1-1,eucin in 142 Teilen wasserfreiem Diäthyläther hergestellt. Man leitete in das Reaktionsgefäß 2 Stunden bei Raumtemperatur gasförmiges Phosgen ein, und zwar in einem solchen Verhältnis, daß annähernd die doppelte theoretische Menge hinzugegeben wurde. Man erhitzte darauf die Suspension 30 Minuten am Rückflußkühler und entfernte den verbleibenden Festkörper durch Druckfiltration mit Stickstoff unter wasserfreien Bedingungen durch ein poröses Glasfilter. Auf diese Weise wurden 6,5 Teile 1-Leucinhydrochlorid (das entspricht 51,3",!0 der Ausgangsaminosäure) in Form eines weißen kristallinischen Festkörpers erhalten. Nach Entfernung des Diäthyläthers au-, dem klaren Filtrat durch Destillation erhielt man 5,4 Teile (450,/, Umwandlung und 92,4",/, Ausbeute) des N-Carboanhydriols von 1-Leucin in Form von weißen Kristallen mit einem Schmelzpunkt von 64'.Example IV In an apparatus similar to that described in Example I, a suspension of 10 parts 1-1, eucine in 142 parts of anhydrous diethyl ether was prepared. Gaseous phosgene was passed into the reaction vessel at room temperature for 2 hours in such a ratio that approximately twice the theoretical amount was added. The suspension was then heated in a reflux condenser for 30 minutes and the remaining solid was removed by pressure filtration with nitrogen under anhydrous conditions through a porous glass filter. In this way, 6.5 parts of 1-leucine hydrochloride (corresponding to 51.3 ",! 0 of the starting amino acid) were obtained in the form of a white crystalline solid. Removal of the diethyl ether from the clear filtrate by distillation gave 5.4 parts (450, /, conversion and 92.4 ", /, yield) of the N-carbonic anhydriol of 1-leucine in the form of white crystals with a melting point of 64 '.
Weitere Aminosäuren wurden unter Anwendung des Verfahrens dieses Beispiels
und unter Verwendung von Diäthyläther als Medium umgewandelt, wie in der unten stehenden
Tabelle angegeben ist.
Bei dieser Temperatur wurde in das Reaktionsgefäß gasförmiges Phosgen eingeleitet, bis 29 Teile (annäliernd i2o0/, der theoretisch erforderlichen Menge) hinzugegebenwaren. DasErhitzenwurdenochweitere 5.Minuten fortgesetzt. -Nach dieser Zeit hörte die Entwicklung von Chlorwasserstoff auf. Darauf fil- trierte man das Reaktionsgemisch heiß mit Hilfe von Stickstoff druck unter wasserfreien Bedingungen durch ein "efrittetes Glasfilter. Man erhielt so 8,4 Teile (i-Amiiioisobtitter.s;itirelivdrochlorid (das entspricht 24,5",;', der ursprünglichen Aminosäure) in Form eines weißen kristallinen Festkörpers. Durch Hindurchschicken durch einen Destillationsapparat bei 65 bis 70' unter 30 mm Quecksilberdruck wurde der größere Teil des Dioxans aus dem klaren Filtrat entfernt. Darauf gab man zu der so erhaltenen konzentrierten Dioxanlösung unter Rühren Petroläther hinzu, bis keine weitere Fällung stattfand. Der Niederschlag wurde durch Druckfiltration unter wasserfreien Bedingungen entfernt. Man erhielt SO 21,5 Teile (680;!, Umwandlung und go0/, Ausbeute) weiße Kristalle d#s N-Carboanhydrids von a-Aminoisobuttersäure mit einem Schmelzpunkt von 94,o bis 94,5'.At this temperature, gaseous phosgene was passed into the reaction vessel until 29 parts (approximately 10%, the theoretically required amount) had been added. Heating continued for an additional 5 minutes. -After this time, the development of hydrogen chloride stopped. The reaction mixture was then filtered hot with the aid of nitrogen pressure under anhydrous conditions through a fritted glass filter. This gave 8.4 parts (i-Amiiioisobtitter.s; itirelivdrochlorid (which corresponds to 24.5 ",;', the original Amino acid) in the form of a white crystalline solid. The greater part of the dioxane was removed from the clear filtrate by passing it through a distillation apparatus at 65 to 70 ' under 30 mm mercury pressure no further precipitation took place, the precipitate was removed by pressure filtration under anhydrous conditions to give SO 21.5 parts (680;!, conversion and go0 /, yield) white crystals of the N-carbonic anhydride of α-aminoisobutyric acid with a melting point of 94, o to 94.5 '.
Der nicht umgesetzte Anteil der Ausgangsaminosäure wird in Form seines Hydrochlorids in dem unlöslichen Filterrückstand aus dem Reaktionsgemisch zurückgewonnen und kann durch Behandlung mit Ammoniak in die Aminosäure zurückverwandelt werden. Auf diese Weise kommen 920/, der Ausgangsaminosäure auf N-Carboanhydrid und wiedergewonnene Aminosäure.The unreacted portion of the starting amino acid is in the form of his Hydrochloride recovered from the reaction mixture in the insoluble filter residue and can be converted back to the amino acid by treatment with ammonia. In this way come 920 /, the starting amino acid on N-carbonic anhydride and recovered Amino acid.
Das Verfahren gemäß der Erfindung, in dem Dioxan als Reaktionsmedium
angewendet wird, ergab bei der Anwendung mit verschiedenen anderen a-Arninosäuren
die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Ergebnisse.
Weitere spezifische Beispiele von a-Aminocarbonsäuren, ihren durch die Aminogrtlppe gebildeten anorganischen sauren Salzen oder ihren durch die Carboxylgruppe gebildeten Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzen, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung Verwendung finden können, sind folgende: i-Amino-x-methylcyclohexancarbonsäure, Prolin, Pipe kolsäure, 3-Aminotetrahydrothiophen-3-carbonsäure, 3-Amiiiotetrahydrofuran-3-carbonsäure, i-Aminocyclopentancarbonsäure, N-Isopropylglycin, 2-Amino-4, 6, 6-trimethylöiianthsäure, Valinhydrobromid, Leucinhydrojodid, Glycinsulfat, Alaninphosphat, das Natriumsalz des Norleucins, das Kaliumsalz des Isoleucins, das Calciumsalz des fl-Phenylalanins, das Magnesiumsalz des Prolins usw.Further specific examples of α-aminocarboxylic acids, their inorganic acid salts formed by the amino group or their alkali metal or alkaline earth metal salts formed by the carboxyl group, which can be used in the process according to the invention, are the following: i-amino-x-methylcyclohexanecarboxylic acid, proline , Pipe colic acid, 3-aminotetrahydrothiophene-3-carboxylic acid, 3-Amiiiotetrahydrofuran-3-carboxylic acid, i-aminocyclopentanecarboxylic acid, N-isopropylglycine, 2-amino-4, 6, 6-trimethylöiianthsäure, valine hydrobromide, leucine hydroiodide of norleucine, the potassium salt of isoleucine, the calcium salt of fl-phenylalanine, the magnesium salt of proline, etc.
Die in dem Verfahren gemäß der Erfindung anwendbaren Äther umfassen alle die, die unter den Reaktionsbedingungen gegen die Reaktionsstoffe und gegen die als Endprodukt entstehenden N-Carboanhydride chemisch inerte Flüssigkeiten sind, und zwar können die Äther einzeln, oder in Gemischen miteinander, oder mit anderen Lösungsmitteln, wie z. B. Chloroform, Benzol, ',#tethylenchlorid, Toluol, oder anderen aromatischen Kohlenwasserstoffen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen, die gegenüber den Reaktionsstoffen chemisch inert sind, angewendet werden. Derartige Äther können Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkyl-Aryl-, Aryl-Cycloalkyl-, Alkyl-Cycloalkyl-Verbindungen oder heterocyclischer Natur und sie können substituiert oder nichtsubstituiert sein. Irgendwelche Substituenten sollten natürlich von funktionsloserNatur [Bei 1 -s t e in, 4. Ausgabe, Band I, Seite 5-6], d. h. frei von aktivem Wasserstoff sein. Als spezifische Beispiele derartiger Äther seien folgende erwähnt: Alkyläther, z, B. Dimethyläther, Methyläthyläther, Methyl-n-propyläther, Methylisopropyläther, Di-n-propyläther, Diisopropyläther, Di-n-butyläther, Diisobutyläther; ferner die Amyläther, der Methyläthyläther von Äthylenglykol, der Diäthyläther von Äthylenglykol, Methoxymethylacetat, Methoxyäthylacetat; Cycloalkyläther, z, B. Dicyclohexyläther, Aryläther, z. B. Diphenyläther; Alkylaryläther, z. B. Anisol, Phenetol; Arylcycloalkyläther, z. B. Phenylcyclohexyläther; Alkylcycloalkyläther, z. B. Methylcyclohexyläther; heterocyclische Äther, z. B. Tetrahydropyran, 2-Methyltetrahydrofuran. Das Reaktionsmedium muß einen größeren Anteil, d. h. mehr als 5o0/" des ätherischen Mediums enthalten, um ins Gewicht fallende Ausbeuteverbesserungen zu sichern und zwar frei von aktivem Wasserstoff, z. B. wie in Wasser, Säuren, Aminen usw.The ethers which can be used in the process according to the invention include all those which are chemically inert liquids under the reaction conditions against the reactants and against the N-carbonic anhydrides formed as end product, and the ethers can be used individually or in mixtures with one another or with other solvents such as B. chloroform, benzene, ', #ethylene chloride, toluene, or other aromatic hydrocarbons or halogenated hydrocarbons which are chemically inert to the reactants, can be used. Such ethers can be alkyl, cycloalkyl, aryl, alkyl-aryl, aryl-cycloalkyl, alkyl-cycloalkyl compounds or heterocyclic in nature and they can be substituted or unsubstituted. Any substituents should d course of functionless nature [At 1 -th in, 4th edition, Volume I, page 5-6]. H. be free of active hydrogen. Specific examples of such ethers include the following: alkyl ethers, e.g. dimethyl ether, methyl ethyl ether, methyl n-propyl ether, methyl isopropyl ether, di-n-propyl ether, diisopropyl ether, di-n-butyl ether, diisobutyl ether; also the amyl ether, the methyl ethyl ether of ethylene glycol, the diethyl ether of ethylene glycol, methoxymethyl acetate, methoxyethyl acetate; Cycloalkyl ethers, e.g. dicyclohexyl ethers, aryl ethers, e.g. B. Diphenyl ether; Alkyl aryl ethers, e.g. B. anisole, phenetole; Aryl cycloalkyl ethers, e.g. B. phenylcyclohexyl ether; Alkyl cycloalkyl ethers, e.g. B. methylcyclohexyl ether; heterocyclic ethers, e.g. B. tetrahydropyran, 2-methyltetrahydrofuran. The reaction medium must have a larger proportion, i. H. contain more than 5o0 / "of the essential medium in order to ensure significant improvements in yield, namely free of active hydrogen, e.g. as in water, acids, amines, etc.
Da die N-Carboanhydride selbst dazu neigen, sich in dem Bereich von 150' und höher mit ' beträchtlichen Geschwindigkeiten zu zersetzen, bevorzugt man die Verwendung von Äthern, die unter i5o0 und vorzugsweise unter ioo' sieden. Auf Grund des Fehlens von komplizierten Nebenreaktionen zieht man solche Äther vor, die, die Ätherverbindungen ausgenommen, in ihrem Wesen Kohlenwasserstoffe, d. h. nichtsubstituiert sind, und die unter i5o' und vorzugsweise unter ioo' sieden. Um Schwierigkeiten bei der Entfernung des ätherischen Mediums aus dem als Endprodukt entstehenden N-Carboanhydrid zu vermeiden, werden solche Äther besonders bevorzugt, die, den Äthersauerstoff ausgenommen, gesättigte, ihrem Wesen nach aliphatische, d. b. nichtaromatische Kohlenwasserstoffe sind und deren normaler Siedepunkt ioo' oder niedriger ist. Besonders brauchbar sind Äther von zwei bis vier Kohlenstoffatomen pro Äthersauerstoff auf Grund ihrer hohen Lösungskraft für die N-Carboanhydrid2 und ihrer hohen Wirksamkeit bei der Phosgenreaktion.Since the N-Carboanhydride itself tend to decompose in the range of 150 'and higher with' considerable speeds, it is preferred to use ethers boiling below i5o0 and preferably below ioo '. In the absence of complicated side reactions, ethers are preferred which, with the exception of the etheric compounds, are essentially hydrocarbons, i.e. H. are unsubstituted, and which boil below i5o 'and preferably below ioo'. In order to avoid difficulties in removing the ethereal medium from the resulting as the end product N-Carboanhydrid, such ethers are particularly preferred, with the exception of the ether oxygen, saturated, its very nature, aliphatic, db non-aromatic hydrocarbons and their normal boiling point ioo 'or lower is. Ethers with two to four carbon atoms per ether oxygen are particularly useful because of their high dissolving power for the N-carbonic anhydride2 and their high effectiveness in the phosgene reaction.
Die Reaktion zwischen Phosgen und den a-Aminocarbonsäuren, ihren Hydrohalogensalzen oder ihren Alkali- oder Erdalkalimetallsalzen in einem ätherartigen Medium kann bei Temperaturen zwischen -5o' und + i5o' durchgeführt werden. Es ist im allgemeinen geeigneter, die Reaktion bei dem normalen Siedepunkt des verwendeten ätherartigen Reaktionsmediums durchzuführen. Bei der Verwendung von solchen Äthern, die normal unter Zimmertemperatur sieden, zieht man es gewöhnlich vor, die Reaktionen unter einem über dem atmosphärischen liegenden Druck und bei Temperaturen über dem normalen Siedepunkt durchzuführen. Diese Äther sind für die Verwendung in dem Verfahren besonders geeignet, da man sie verhältnismäßig leicht aus den als Endprodukt entstehenden N-Carboanhydriden entfernen kann.The reaction between phosgene and the α-aminocarboxylic acids, their hydrohalogen salts or their alkali or alkaline earth metal salts in an ethereal medium can be carried out at temperatures between -5o 'and + 15o'. It is generally more convenient to carry out the reaction at the normal boiling point of the ethereal reaction medium used. When using ethers which normally boil below room temperature, it is usually preferred to carry out the reactions below atmospheric pressure and at temperatures above normal boiling point. These ethers are particularly suitable for use in the process, since they can be removed relatively easily from the N-carbonic anhydrides formed as the end product.
In Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur (wie in Beispiel IV), der Reaktionsfähigkeit der Aminosäure mit Phosgen (wie in Beispiel V) und bzw. oder der Reaktionsfähigkeit des Aminosäurehydroclilorids mit Phosgen (wie in Beispiel III) können unterschiedliche Mengen des Aminosäurehydrochlorids aus der Aminosäure gebildet und irgendeines der zwei Mole Chlorwasserstoff für jedes Mol des gebildeten N-Carboanhydrids freigemacht werden. Obgleich die Bildung von Aminosäurehydrochlorid die Umwandlung in das gewünschte N-Carboanhydrid verringern kann, sind die Ausbeuten noch sehr hoch und in den meisten Fällen fast quantitativ, denn das so gebildete Aminosäurehydrochlorid kann isoliert und direkt für die Umwandlung in das N-Carboanhydrid wieder verwendet werden, oder es kann gegebenenfalls in die freie Aminosäure zurückverwandelt und dann für die Umwandlung in N-Carboanhydrid wieder verwendet werden.Depending on the reaction temperature (as in Example IV), the reactivity of the amino acid with phosgene (as in Example V) and / or the reactivity of the amino acid hydrochloride with phosgene (as in example III) Can use different amounts of the amino acid hydrochloride from the amino acid and any one of the two moles of hydrogen chloride for each mole of that formed N-carbonic anhydrides. Although the formation of amino acid hydrochloride may decrease the conversion to the desired N-carbonic anhydride are the yields still very high and in most cases almost quantitative, because what is formed in this way Amino acid hydrochloride can be isolated and directly converted into the N-carbonic anhydride can be reused, or it can optionally be converted back to the free amino acid and then reused for conversion to N-carbonic anhydride.
Im allgemeinen wird die beste einstufige Umwandlung zu N-Carboanhydrid dadurch erhalten, daß man bei der höchsten Temperatur arbeitet, die bei dem angewendeten spezifischen Äthermedium erreichbar ist (am geeignetsten beim normalen Siedepunkt des Mediums oder einer höheren Temperatur bei Anwendung von einem über dem atmosphärischen liegenden Druck) und die mit der Hitzebeständigkeit des betreffenden spezifischen N-Carboanhydrids vereinbar ist. Diese höheren Temperaturen sind besonders erwünscht, wenn die Aminosäurehydrohalogerisalze oder die Al- kali- oder Erdalkalimetallsalze der Aminosäuren als Ausgangsstoffe verwendet werden.In general, the best one-step conversion to N-carbonic anhydride is obtained by operating at the highest temperature attainable for the specific ether medium used (most suitably at the normal boiling point of the medium or a higher temperature using one above atmospheric Pressure) and which is compatible with the heat resistance of the specific N-carbonic anhydride in question. These higher temperatures are particularly desirable when the Aminosäurehydrohalogerisalze or Al potash or alkaline earth metal of the amino acids are used as starting materials.
Phosgen wird vorzugsweise im Überschuß angewendet, und zwar entweder mit einem geringen Überschuß, z. B. 5 bis 500/" oder mit einem beträchtlichen, z. B. bis zu 5oo0/, oder. höher, um eine vollständige Reaktion des teureren Reaktionsstoffes, d. h. der Aminosäure oder ihrer Derivate zu gewährleisten, Die Reaktion wird so lange fortgeführt, bis keine nennenswerte Chlorwasserstoffentwicklung mehr stattfindet.Phosgene is preferably used in excess, either with a slight excess, e.g. 5 to 500 / "or with a considerable, e.g. up to 5oo0 /, or higher, in order to ensure a complete reaction of the more expensive reactant, i.e. the amino acid or its derivatives, the reaction becomes so long continued until no more significant evolution of hydrogen chloride takes place.
Die N-Carboanhydride der a-Aminocarbonsäuren sind im allgemeinen in ätlierartigen Lösungsmitteln leicht löslich, und sie werden daher in der flüssigen Phase des Reaktionssvsteins vorhanden sein, oder sie können anderenfalls durch Hinzugabe eines geeigneten Lösungsmittels, wie z. B. Chloroform, Methylenchlorid, Benzol usw., gelöst werden. Man braucht so nur die festen Stoffe, d. h. irgendwelche Ausgangsstoffe, die nicht reagiert haben, oder ihre Hydrochloridsalze, durch geeignete Verfahren der Filtration oder Zentrifugierung usw, zu entfernen und das Reaktionsmedium aus dem klaren Filtrat züi verdampfen, und zwar vorzugsweise unter vermindertem Druck und bei Temperaturen, die unterhalb des bekannten Zersetzungsbereichs des N-Carboanhydrids, d.Ii. unterhalb i5o' undvorzugsweisenichtüberioo#Jiegen. DieN-Carboanhydride werden auf diese Weise in einem Reinheitsgrad erhalten, der für die direkte Poh7merisation zu film- und faserbildenden Pol##amiden ausreichend hoch ist. Gegebenenfalls können sie jedoch aus einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B, Diitli##lätlier-Petroläther-Gemischen, Benzol, Chloroform, '\lethylenchlorid usw., umkristallisiert werden. Beini Isolieren und Reinigen der N-Carboanhydride ist es wichtig, im Hinblick auf die bekannte Wasserempfindlichkeit dieser Verbindungen unter wasserfreien Bedingungen zu arbeiten.The N-carbonic anhydrides of the α-aminocarboxylic acids are generally readily soluble in ätlierige solvents, and they will therefore be present in the liquid phase of the reaction stone, or they can otherwise by adding a suitable solvent, such as. B. chloroform, methylene chloride, benzene, etc., can be dissolved. So you only need the solid substances, i. H. to remove any starting materials that have not reacted or their hydrochloride salts by suitable methods of filtration or centrifugation, etc., and evaporate the reaction medium from the clear filtrate, preferably under reduced pressure and at temperatures below the known decomposition range of N. Carbonic anhydrides, d.Ii. below i5o 'and preferably not overioo # Jiegen. In this way, the N-carbonic anhydrides are obtained in a degree of purity which is sufficiently high for direct polymerization to film- and fiber-forming polyamides. If necessary, however, they can be prepared from a suitable solvent, such as. B, Diitli ## lätlier petroleum ether mixtures, benzene, chloroform, '\ lethylene chloride, etc., can be recrystallized. When isolating and purifying the N-carbonic anhydrides, it is important to work under anhydrous conditions in view of the known water sensitivity of these compounds.
Für die Herstellung der N-Carboanhydride von a-Aminosäuren durch Reaktion der Aminosäuren, ihrer Alkali- oder Erdalkalimetallsalze oder ihrer Hvdrohalogensalze mit Phosgen sind ätherartige Lösungsmittel als Reaktionsmedien ausgezeichnet, da sie die Herstellung in hohen Ausbeuten und eine gute Umwandlung des N-Carboanhydrids direkt in einem Reinheitszustand erleichtern, der für die Polymerisation zu film- und faserbildenden Polvineren mit hohem Molekulargewicht hoch genug ist. Andersartige Lösungsmittel sind aus einem oder beiden dieser Gesichtspunkte denkbar ungeeignet. Wenn man z. B. dl-Norleucin mit Phosgen bei 5o bis 55' in gereinigtem Aceton reagieren läßt, kann nach Entfernung des Acetons kein kristallines N-Carboanhydrid aus dem Reaktionsgemisch isoliert werden, im Gegensatz zu der 980/,igen Ausbeute und Umwandlung, die man unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Reaktionsmedium bei der gleichen Aminosäure erhält, wie in Beispiel I angegeben ist. Wenn man andererseits ß-Phenylalanin bei 8o bis 85' unter Verwendung von Nitromethan als Reaktionsmedium mit Phosgen reagieren läßt, erhält man bei 65"/, Umwandlung eine im wesentlichen quantitative Ausbeute (berechnet im Hinblick auf zurückgewonnene-, fl-Pheiiylalaninhydrochlorid) des kristallinen N-Carl)oanli#-drids, das jedoch hellbraune Farbe hat und von selbst zu einem Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht polyrnerisiert. Verwendet man jedoch z. B.'Dioxan (wie in der in Beispiel V aufgeführten Tabelle angegeben ist) oder den Dimethyläther des Äthylenglykols (wie in Beispiel II angegeben ist), so erhält man gute Ausbeuten und hohe Umwandlungen des reinen weißen, beständigen, kristallinen N-Carboanhydrids von fl-Phenvlalanin, das unter geregelten Bedingungen zu einem-#-Phen#?lalaninpol#-meren mit hohem Molekulargewicht polymerisierbar ist. Wenn ferner die Reaktion von Phosgen mit einer a-Aminosäure in Abwesenheit irgendeines Reaktionsmediums ausgeführt wird, werden ebenfalls geringere Ausbeuten und Umwandlungen erhalten. Werin man z. B. dl-Norleucin in Abwesenheit irgendeines Reaktionsmediums bei 6o' mit PhosIgen reagieren läßt, so ergibt sich nur ul eine 21,20/,ige mwandlung des kristallinen N-Carboanhydrids im Gegensatz zu der 740/,igen Umwandlung und 99%igen Ausbeute, wie in der Tabelle in Beispiel IV angegeben ist, und zwar bei Verwendung von Diätlivläther als Reaktionsmedium. Die Vorteile der ätherartigen Lösungsmittel scheinen im wesentlichen bei a-Aminosäuren verwirklicht zu werden, da bei Reaktion von 2, 2-DimethY1-3-aminopropionsäure (einer fl-Aminosäure) mit Phosgen bei go' unter Anwendung von Dioxan als Reaktionsmedium kein kristallines N-Carboanliydrid nach Entfernung des Dioxans isoliert werden kann. Kleine Mengen des gewünschten Produktes werden aus dem zur Entfernung des Dioxans verwendeten Destillationsapparat erhalten. Wenn man andererseits 2, 2-Dimethyl-3-aminopropionsäure bei 2o bis 25' unter Verwendung von Methylenchlorid als Reaktionsmedium mit Phosgen reagieren läßt, erhält man eine 14,50/,ige Ausbeute des reinen umkristallisierten N-Carboanhydrids.For the preparation of the N-carbonic anhydrides of a-amino acids by reaction of the amino acids, their alkali or alkaline earth metal salts or their hydrohalogen salts with phosgene, ethereal solvents are excellent as reaction media, since they enable the preparation in high yields and good conversion of the N-carbonic anhydride directly into Facilitate a purity state high enough for the polymerization to film and fiber-forming polvineren of high molecular weight. Solvents of different types are conceivably unsuitable from one or both of these points of view. If you z. B. dl-norleucine reacts with phosgene at 50 to 55 ' in purified acetone, no crystalline N-carbonic anhydride can be isolated from the reaction mixture after removal of the acetone, in contrast to the 980 /, igen yield and conversion, which one uses obtained from tetrahydrofuran as the reaction medium for the same amino acid as indicated in Example I. If, on the other hand, β-phenylalanine is allowed to react with phosgene at 80 to 85 ' using nitromethane as the reaction medium, an essentially quantitative yield (calculated in terms of recovered, α-phenylalanine hydrochloride) of the crystalline N is obtained at 65% conversion -Carl) oanli # -drids, which, however, is light brown in color and polymerizes by itself to a polymer with a low molecular weight (as indicated in Example II), good yields and high conversions of the pure white, stable, crystalline N-carbonic anhydride of fl-phenylalanine, which under controlled conditions to a - # - phen #? lalanine pole # -meren with high Further, when the reaction of phosgene with an α-amino acid is carried out in the absence of any reaction medium, it is also reduced Obtained lower yields and conversions. Who z. If, for example, dl-norleucine is allowed to react with phosgene at 6o 'in the absence of any reaction medium, only a 21.20% conversion of the crystalline N-carbonic anhydride results in contrast to the 740% conversion and 99% yield, as indicated in the table in Example IV, with the use of dietary livestock ether as the reaction medium. The advantages of the ethereal solvents seem to be realized essentially with a-amino acids, since no crystalline N- no crystalline N- no crystalline N- Carboanlihydride can be isolated after removal of the dioxane. Small amounts of the desired product are obtained from the still used to remove the dioxane. If, on the other hand, 2, 2-dimethyl-3-aminopropionic acid is allowed to react with phosgene at 20 to 25 ' using methylene chloride as the reaction medium, a yield of 14.50% of the pure recrystallized N-carbonic anhydride is obtained.
Die Beispiele können Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.The examples can be modified without thereby changing the framework the invention is abandoned.
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-
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EP1048656A3 (en) * | 1999-04-28 | 2002-04-10 | Basf Aktiengesellschaft | Process for the preparation of hydantoins or cyclic anhydrides of an aminoacid |
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